煤粉热解过程对PM 0.1内元素成分的影响

温 昶, 徐明厚, 王建培, 赵 靓, 于敦喜, 占中华, 莫 鑫

(华中科技大学 煤燃烧国家重点实验室,武汉 430074)

煤燃烧产生的颗粒物是最主要的空气污染源之一,细微颗粒物会造成极大的环境和健康危害,尤其是超细颗粒物PM1(空气动力学直径小于1μm的颗粒物),因其粒径很小、有毒挥发性元素含量高,能够轻易地进入人体造成极大的健康危害[1-2].

煤粉颗粒主要由碳基质、矿物质和孔隙组成,大部分金属元素存在于矿物质中,但也有部分金属元素与碳基质结合,称为原子态无机质或有机结合态金属(包括Ca、M g、K 和Na等)[3].当煤粉颗粒进入高温炉膛后即开始热解,煤粉颗粒快速膨胀,挥发分开始释放,还原性气体(CO,CH 4等)生成.与此同时,与碳基质结合的有机结合态金属也会随挥发分析出,析出的挥发分与氧气燃烧,有机结合态金属分解、氧化形成纳米级氧化物,在锅炉尾部冷凝形成0.1μm左右的细微颗粒物[4].而热解后产生的煤焦与氧气燃烧时,矿物中易挥发成分气化而成的无机蒸汽经均相成核、非均相凝结形成PM1.另外,煤焦中细微内在矿物的直接转化主要会对PM0.1～1有所贡献[5].虽然PM 0.1(空气动力学直径小于0.1μm的颗粒物)所占的质量分数很小,但在数量上有绝对优势,其上更易附着重金属、多环芳烃等有毒物质,危害性更甚于PM1.而煤粉热解过程会导致有机结合态金属的大量析出,明显影响PM 0.1的生成,这也是笔者研究的重点.

笔者选取平顶山烟煤(以下称PDS)为试验煤样,由于该煤种外在矿……